Izotopi bora


Trenutno je poznanih 16 borovih izotopov, od 6B do 21B ter pet izomerov.10B in 11B sta edina stabilna izotopa in tudi edina, ki se pojavljata na Zemlji. Glavni izotop je 11B, ki predstavlja skoraj točno štiri petine vseh atomov. Kljub temu se razmerje med izotopoma glede na vire nekoliko razlikuje, tako da odstotek 11Be niha med 79,6 in 81,1. 10B je eden izmed redkih stabilnih izotopov z lihim številom tako protonov kot nevtronov. Ostali izotopi so zelo nestabilni; najstabilnejši izmed njih, 8B, ima razpolovno dobo le 770 milisekund. Izredno nestabilen je 9B in čeprav ima sodo število nevtronov, ima veliko težnjo, da izvrže proton ter nato razpade na dva helija-4. Bor zaradi tega ni najboljši primer za prikaz, da so nuklidi s sodim številom protonov in nevtronov stabilnejši.

Glavni izotopi bora (5B)
Izo­top Razpad
pogo­stost razpolovna doba (t1/2) način pro­dukt
Standardna atomska masa Ar, standard(B)
  • [10,806, 10,821]
  • Konvencionalna: 10,81
p · p · u · z

Poleg stabilnih izotopov se v vesolju pojavlja tudi 8B; pojavlja se v zvezdah, na Zemlji pa ga še nismo zaznali. O njegovem obstoju vemo, saj oddaja veliko nevtrinov.[1][2]

UvodUredi

 
Najbolj poznani izotopi so najlažji trije vodikovi izotopiprotij, devterij in tritij. Vsak izmed njih ima en proton, vendar različno število nevtronov. Protonij nima nobenega, devterij ima enega in tritij ima 2.

Vsak element ima točno določeno število protonov,[a] lahko pa se njegovi atomi razlikujejo v številu nevtronov. Nuklidom, ki imajo isto število protonov, vendar se razlikujejo v številu nevtronov, pravimo izotopi. Če se še bolj poglobimo, lahko za nekatere izotope ločimo tudi njegove izomere.[b] V grobem imajo različni izotopi elementa enake kemijske lastnosti, vendar se razlikujejo v fizikalnih lastnostih.[c] Običajno razmerje med nevtroni in protoni je pri nižjih elementih približno 1, vendar ko se približujemo težjim elementom, se razmerje začne večati.[3] Kljub temu poznamo izotope, ki imajo dvakrat toliko nevtronov, kolikor protonov.[4] Če moramo označiti, da nekje potrebujemo točno določen izotop elementa, se njegovo masno število zapiše nadčrtano pred simbolom, na primer, atom helija z masnim številom 3 bi zapisali kot 3He, ali helij-3, kar je bolj pogosta zapisa izotopa v besedilu.

V naravi najbolj razširjeni izotopi elementov so po večini stabilni, vendar predstavljajo le majhen delež vseh izotopov. Za vsak element poznamo tudi radioaktivne izotope – tako poznamo radioaktiven ogljik, radioaktivno železo, radioaktivno zlato. Čeprav se od teh elementov v naravi pojavlja radioaktivni izotop ogljika, 14C, in železa, 60Fe, ju je v naravi zelo malo in je nevarnost minimalna.[d] Radioaktivni izotopi zlata so bili ustvarjeni le v laboratorijih, zato je vse naravno zlato stabilno.

Za izračun relativne atomske mase elementa moramo poznati atomske mase vseh izotopov, ki se pojavljajo v naravi ter njihovo razširjenost. Večini izotopov, ki se pojavljajo v naravi se da določiti izmed koliko atomi elementa bomo našli ta izotop. Tako dobimo podatke o razširjenosti izotopov, ki bi se morali sešteti do 1.[e] Pri nekaterih elementih se razmerje med izotopi med kraji razlikuje, zato sta podani dve številki – minimalna in maksimalna vrednost. Nekaterim izotopom, ki se v naravi pojavljajo v izredno majhnih količinah, ne moremo natančno določiti, zato je podan le podatek, da se element pojavlja v sledovih. Teh izotopov se v izračunu ne upošteva, saj bi v vsakem primeru imeli zelo majhen vpliv. Taki izotopi so radioaktivni in običajno nastanejo s kozmičnim sevanjem ali razpadom radioaktivnih izotopov. Izotopi, ki se v naravi ne pojavljajo, so sintetični in se jih v izračun ne vključuje. Atomsko maso elementa se izračuna tako, da se atomsko maso vsakega izotopa pomnoži z njegovo razširjenostjo v naravi in jih nato seštejemo. Tako dobimo povprečno atomsko maso vseh atomov elementa, ki se pojavljajo v naravi.

Umetne izotope dobimo tako, da naravnim izotopom dodamo ali odvzamemo protone ali nevtrone ali celo večje dele nuklida. Umeten izotop lahko opazimo tudi pri razpadu drugih umetnih izotopov; najbolj poznana izotopa, pridobljena na tak način, sta 2Nt in 2He.[5][6] Umetni izotopi so vsi radioaktivni in zelo hitro razpadejo. Izotopi lahko razpadejo na več načinov. Glavni trije razpadi so alfa, beta in gama razpad, obstajajo pa tudi drugi. Kako bo razpadel nek izotop je odvisno od tega, kakšno je njegovo razmerje med nevtroni in protoni. Če je premalo nevtronov, bo razpadel na takšen način, da se bo znebil protona. Tak je na primer beta plus razpad, ki proton spremeni v nevtron. Če je nevtronov preveč, se bo želel znebiti nevtrona, na primer z beta minus razpadom. Če je razmerje hudo preveliko ali premajhno, lahko izotop izvrže enega ali več nevtronov oz. protonov. Če je izotop na splošno pretežak (težji od svinca, ki je najtežji stabilni izotop), se želi znebiti tako protonov kot nevtronov, zato izvrže jedro helija-4 (2 protona in 2 nevtrona), kar je znano kot razpad alfa. Ker ta način zmanjša vrstno število le za 2, se pri mnogih izotopih to mora zgoditi večkrat, da postanejo stabilni. Tako dobimo razpadne verige izotopov, ki kažejo razpad določenega izotopa. Pri nizkem masnem številu so verige sorazmeroma krajše, za supertežke izotope pa so najdaljše. Isti izotop lahko razpade tudi na več načinov – tako govorimo o vejah razpadne verige.

Pri določanju možnosti, ali je izotop stabilen, poleg razmerja med protoni in nevtroni upoštevamo tudi, dva druga dejavnika: prvi je t. i. magična števila, pri katerih je večja možnost za stabilnost. Ta števila so 2, 8, 20, 28, 50 in 82 za protone in nevtrone ter še 126 za število nevtronov.[7] Izotopi s takim številom nevtronov in protonov bi morali biti bolj stabilni od ostalih. Ta števila so vsa parna, saj na splošno velja, da je izotop s sodim številom nevtronov in protonov bolj stabilen kot tisti z lihim. V bistvu obstajajo le štirje stabilni izotopi z lihim številom tako protonov kot nevtronov.[f]

Izotopov elementa se običajno ne poimenuje, vendar so kljub temu nekateri poimenovani. Drugo ime za 1H je protij, za 2H devterij in za 3H tritij. Ti trije vodikovi izotopi so tudi edini, ki imajo svoje simbole (P, D in T). Poleg teh so poimenovani tudi izotopi, izključno iz nevtronov ali protonov. Tako poznamo mononevtron (1Nt), dinevtron (2Nt) … ter monoproton (1H), diproton (2He) itd. 1H ima tako dve poimenovanji, protij in monoproton.

SeznamUredi

B – [10,806; 10,821][g]
Izotop[h] Z N Ar (amu)[i] Evez/A (keV)[j] Spin[k] Leto odkritja Razpad[l] Pojavljanje v naravi
t½[m] Vrsta %[n] Takojšnji produkti[o] Stabilni produkti[p] %[q] CIAAW
6B 5 1 6,050800 ± 0,00215 −470 ± 330 2− ? ? 2p 100 4Li, 1H 3He, 1H sintetičen
7B 5 2 7,029712 ± 0,000027 3559 ± 4 (3/2)− 1967 570 ± 140 ys p 100 6Be, 1H 4He, 1H sintetičen
8B 5 3 8,0246073 ± 0,0000011 4717,15 ± 0,12 2+ 1950 770 ± 3 ms β+, ɑ 100 4He 4He sintetičen
9B 5 4 9,0133296 ± 0,000001 6257,07 ± 0,1 3/2− 1940 800 ± 300 zs p 100 8Be, 1H 4He, 1H sintetičen
10B 5 5 10,012936862 ± 0,000000016 6475,083 ± 0,002 3+ 1920 Stabilen 19,9 ± 7 [0,189; 0,204]
11B 5 6 11,009305167 ± 0,000000013 6927,732 ± 0,001 3/2− 1920 Stabilen 80,1 ± 7 [0,796; 0,811]
12B 5 7 12,0143526 ± 0,0000014 6631,22 ± 0,11 1+ 1935 20,20 ± 0,02 ms β 98,4 ± 3 12C 12C sintetičen
β, ɑ 1,6 ± 3 8Be, 4He 4He
13B 5 8 13,0177800 ± 0,0000011 6496,42 ± 0,08 3/2− 1956 17,33 ± 0,17 ms β 99,72 ± 4 13C 13C sintetičen
β, n 0,28 ± 4 12C 12C
14B 5 9 14,025404 ± 0,000023 6101,6 ± 1,5 2− 1966 12,5 ± 0,5 ms β, n 6,04 ± 23 13C, 1Nt 13C, 1H sintetičen
β ? 14C 14N
β, 2n ? 12C, 1Nt 12C, 1H
15B 5 10 15,031088 ± 0,000023 5880,0 ± 1,4 3/2− 1966 9,93 ± 0,07 ms β, n 93,6 ± 12 14C, 1Nt 14N, 1H sintetičen
β 6 ± 12 15C 15N
β, 2n 0,4 ± 2 13C, 1Nt 13C, 1H
16B 5 11 16,061670 ± 0,00018 4285 ± 10 0− 2000 < 190 ps n 100 15B, 1Nt 15N, 14N, 13C, 1H sintetičen
17B 5 12 17,046930 ± 0,00022 5270 ± 12 3/2− 1973 5,08 ± 0,05 ms β, n 63 ± 1 16C, 1Nt 16O, 15N, 12C, 4He, 1H sintetičen
β 22 ± 7 17C 17O, 16O, 15N, 13C, 12C, 4He, 1H
β, 2n 11 ± 7 15C, 1Nt 15N, 1H
β, 3n 3,5 ± 7 14C, 1Nt 14N, 1H
β, 4n 0,4 ± 5 13C, 1Nt 13C, 1H
18B 5 13 18,055600 ± 0,00022 4977 ± 11 (2−) 2010 < 26 ns n 100 17B, 1Nt 17O, 16O, 15N, 14N, 13C, 12C, 4He, 1H sintetičen
19B 5 14 19,064170 ± 0,00056 4720 ± 28 3/2− 1984 2,92 ± 0,13 ms β, n 71 ± 9 18C, 1Nt 18O, 17O, 16O, 15N, 14N, 13C, 12C, 4He, 1H sintetičen
β, 2n 17 ± 5 17C, 1Nt 17O, 16O, 15N, 13C, 12C, 4He, 1H
β, 3n < 9,1 16C, 1Nt 16O, 15N, 12C, 4He, 1H
β > 3 19C 19F, 18O, 17O, 16O, 14N, 13C, 4He, 1H
20B 5 15 20,073480 ± 0,00086 4450 ± 40 ? ? ? n ? 19B, 1Nt 19F, 18O, 17O, 16O, 15N, 14N, 13C, 12C, 4He, 1H sintetičen
β, n ? 19C, 1Nt 19F, 18O, 17O, 16O, 14N, 13C, 4He, 1H
β, 2n ? 18C, 1Nt 18O, 17O, 16O, 15N, 14N, 13C, 12C, 4He, 1H
21B 5 16 21,083020 ± 0,000097 4200 ± 40 3/2− ? < 260 ns n 100 20B, 1Nt 19F, 18O, 17O, 16O, 15N, 14N, 13C, 12C, 4He, 1H sintetičen

IzomeriUredi

Izomer Ekscitacijska energija Spin Leto odkritja Razpad Pojavljanje v naravi
t½ Vrsta % Takojšnji produkti Stabilni produkti % CIAAW
8B* 10624 ± 8 2+ 1975 ? ? 100 sintetičen
9B* 27071,1 ± 2,3 3/2− ? ? ? 100 sintetičen
10B* 1740,05 ± 0,04 0+ ? ? IT 100 10B 10B sintetičen
11B* 12560 ± 9 1/2+ 1963 ? ? 100 sintetičen
12B* 12719 ± 19 0+ ? ? ? 100 sintetičen

OpombeUredi

  1. Vsakemu elementu pripada točno določeno vrstno število, ta pa označuje število protonov v jedru.
  2. Izomer nekega nuklida je nuklid, ki ima enako število nevtronov in protonov.
  3. Nevtroni pri kemičnih reakcijah niso pomembni zato neposredno ne spreminjajo lastnosti izotopa. Večina sprememb kemijskih lastnosti se pojavi zaradi spina nuklida, saj to določa, ali je izotop bozon ali fermion
  4. 14C se pojavlja približno en delec na trilijon, 60Fe pa se pojavlja le v sledovih.
  5. V tabelah je podan podatek v odstotkih. Delež dobimo tako, da vse vrednosti delimo s 100.
  6. To so 2H, 6Li, 10B in 14N.
  7. podatki, napisani ležeče, so deloma pridobljeni računsko
  8. Krepko – izotop je stabilen; ležeče – izotop še ni potrjen; zvezdica (*) – izomer v vzbujenem stanju; siv – izotop je predviden
  9. merska napaka podana v amu
  10. merska napaka podana v keV
  11. celo število spina – izotop je bozon, liho število spina – izotop je fermion
  12. ɑ – razpad alfa, β+beta plus razpad, βbeta minus razpad, p – emisija protona, n – emisija nevtrona, e+emisija pozitrona, EC – zajetje elektrona, d – emisija devterona, t – emisija tritija, SF – spontana fisija, IT – notranja sprememba, γ – razpad gama
  13. merska napaka podana v ‰
  14. merska napaka podana v ‰
  15. stabilni produkti napisani krepko
  16. vsi stabilni produkti razpadne verige izotopa
  17. sled – izotop se v naravi pojavlja v tako majhnih količinah, da mu ne moremo natančno določiti vrednosti; sint. – izotop se ne pojavlja v naravi, proizveden je le v laboratorijih; merska napaka podana v ‰

SkliciUredi

  1. Nunokawa, Hiroshi; Parke, Stephen; Funchal, Renata Zukanovich (2006-07-24). "What fraction of boron-8 solar neutrinos arrive at the Earth as a ν 2 mass eigenstate?". Physical Review D (angleščina). Vol. 74 no. 1. str. 013006. doi:10.1103/PhysRevD.74.013006. ISSN 1550-7998.
  2. Rusu, Vadim (2003). Measurement of the total boron-8 solar neutrino flux at the Sudbury Neutrino Observatory (angleščina). Pridobljeno dne 7. 2. 2021.
  3. "Copernicium". Chemistry (angleščina). 2012-04-09. Pridobljeno dne 2021-01-31.
  4. ChoJul. 20, Adrian; 2018; Am, 9:00 (2018-07-20). "How many neutrons can you cram into an atom? More than physicists thought". Science | AAAS (angleščina). Pridobljeno dne 2021-01-31.
  5. "Dineutron emission seen for the first time". Physics World (angleščina). 2012-03-14. Pridobljeno dne 2021-01-31.
  6. "INSPIRE". inspirehep.net. Pridobljeno dne 2021-01-31.
  7. "The Magic Numbers for Nuclear Isotope Stability". www.sjsu.edu. Pridobljeno dne 2021-01-31.

ViriUredi